Trong thời gian từ tháng 2/2013 đến tháng 1/2015, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội do PGS.TS. Chử Đức Trình dẫn đầu, đã thực hiện đề tài “Hệ thống cảm biến chất lỏng dựa trên cấu trúc SAW dùng cho đầu phun mực thông minh”.

Trên cơ sở nghiên cứu các mô hình toán và mô phỏng gần với thực tiễn, mô phỏng bằng công cụ COMSOL, đo đạc và kiểm chứng bằng thực nghiệm kết hợp với các phương pháp khác, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng cảm biến chất lỏng của thiết bị sóng âm (SAW device) với cấu trúc mới. Đặc biệt, trong nghiên cứu, các nhà khoa học cũng đã chỉ ra khả năng sử dụng vật liệu mang tính CMOS như aluminum nitride (AIN) cho thiết bị cảm biến SAW. Hiệu năng của thiết bị tăng lên khi áp dụng cấu trúc IDT hội tụ (dạng cong hoặc đa phân đoạn). Điều này làm giảm thất thoát năng lượng ra môi trường xung quanh và tăng độ nhạy của thiết bị. Các kết quả mô phỏng này mở ra phương pháp mới cho lĩnh vực cảm biến chất lỏng. Dưới đây là chi tiết các kết quả mà đề tài đã thu được:

- Về lý thuyết, đưa ra mối quan hệ giữa vận tốc của chất lỏng, độ dịch chuyển và điện thế.

- Về mô hình, các kết quả độ nhạy, suy hao tín hiệu và hình ảnh trực quan của mô hình 3D cho thấy tính hội tụ của sóng SAW trong 6 mô hình được đề xuất (mô hình IDT thẳng, đa phân đoạn, dạng cong, kết hợp dạng cong và thẳng). Các kết quả này được trình bày trong hội nghị SENSOR2014, IWWNA2013 và được thể hiện trong 2 bài tạp chí quốc tế IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement and International Journal Technology. Trong các mô hình được đề xuất, mô hình đa phân đoạn cho thấy các giá trị này đem lại kết quả tốt nhất bởi nó vừa có tính chất hội tụ được sóng SAW và dễ chế tạo của mô hình IDT thẳng. Đồng thời, để đảm bảo tính chính xác của tính toán gần với thực tiễn, nhóm cũng tính toán cho mô hình đa lớp AIN/Si.

- Các kết quả tính toán dựa trên lý thuyết và mô phỏng được so sánh và đánh giá. Các giá trị cho thấy phương trình mối quan hệ giữa vận tốc chất lỏng, độ dịch chuyển và điện thế là đúng cho trường hợp vận tốc chất lỏng là tuyến tính hay dạng phương trình bậc 2 (Kết quả được thể hiện trong bài báo tại hội nghị SENSOR2013).

Ngoài ra, các mô hình trên không chỉ đem lại hướng nghiên cứu cho cảm biến chất lỏng mà còn là đưa ra cấu trúc IDT phân đoạn mới cho thiết bị SAW. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu đã đạt được một số kết quả khá tốt khi phát hiện ra sự thay đổi thường xuyên điện dung của tụ điện trên cấu trúc IDT. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống cảm biến kiểu tụ điện để theo dõi sự thay đổi môi trường trong kênh dẫn. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí trong nước và quốc tế.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 11320/2015) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

Nguồn:  N.P.D (NASATI)